Металлоискатели, они же металлодетекторы:  принципы работы и схемы.

Металлоискателями или металлодетекторами (от англ. Metal Detector) принято называть электронные устройства для обнаружения металлических предметов, находящихся в воде, почве, стенах зданий и других средах. На рис. ниже показан момент работы с металлоискателем под водой.

Работа с металлоискателем под водой

В качестве поискового оборудования различные модификации металлоискателей (далее по тексту – МИ) задействованы во многих сферах человеческой деятельности, например:

• для поиска в земле металлолома, монет и ювелирных украшений, корректировки мест пролегания в почве скрытой кабельной проводки или инженерных коммуникаций привлекаются грунтовые МИ, эффективно работающие на глубине до 1 метра, либо глубинные детекторы с глубиной обнаружения более 3 метров;
• для обнаружения взрывных устройств применяются армейские МИ, называемые миноискателями;
• ручной досмотровый МИ взят на вооружение службами безопасности для выявления спрятанных на теле человека или в его багаже металлических предметов.

Базовый принцип работы МИ

Функционирование металлодетекторов основывается на практической реализации явления возникновения вихревых токов при изменении электромагнитного поля в процессе его распространения в физически неоднородной среде. По своей сути, МИ является электронным прибором, при включении которого создается направленный первичный сигнал, распространяющий в окружающей среде свое электромагнитное поле.

Принцип действия металлоискателя состоит в том, что при прохождении через предметы, обладающие токопроводящими свойствами (куски металла, минералы, элементы инженерных коммуникаций и т.п.), магнитное поле передаваемого (первичного) сигнала возбуждает на их поверхностях вихревые токи, создающие собственные поля. В результате искажаются конфигурация и параметры поля первичного сигнала, что фиксирует и обрабатывает принимающая аппаратура МИ. Параметры отраженного сигнала информируют о присутствии металлического предмета в зоне действия металлодетектора и его особенностях. В зависимости от уровня сложности схемотехники различных моделей МИ удается определять глубину залегания обнаруженного металлического предмета и его вид (золото, ферромагнитный сплав, цветной или черный металл).

Обратите внимание! Металлы не способны сами по себе испускать электромагнитные волны, чтобы каким-то образом «выдать» свое присутствие в грунте или в толще бетона. Только облучение направленным сигналом, исходящим от МИ, сможет возбудить вторичный сигнал от металлической мишени, который нередко называют отраженным или переизлученным сигналом.

На рис. ниже показана условная схема генерации магнитного поля вторичного сигнала, наглядно поясняющая, как работает металлоискатель.

Вышеизложенный принцип работы металлоискателя, требующий облучения радиоволнами исследуемой среды/объекта и расшифровку принятых отраженных сигналов, является базовым для всех современных серийных МИ. Компактный ручной металлодетектор сотрудника безопасности крупного торгового центра и арочный металлоискатель в международном аэропорту, высота рамки которого превышает 2 метра, работают по одинаковому принципу.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

1.1. Принципы работы

Металлоискатель по принципу «передача-прием»

Термины «передача-прием» и «отраженный сигнал» в различных поисковых приборах обычно ассоциируются с методами типа импульсной эхо- и радиолокации, что является источником заблуждений, когда речь заходит о ме-таллоискателях. В отличие от различного рода локаторов, в металлоискателях рассматриваемого типа как передаваемый (излучаемый), так и принимаемый (отраженный) сигналы являются непрерывными, они существуют одновременно и совпадают по частоте.

Принцип действия металлоискателей типа «передача-прием» заключается в регистрации сигнала, отраженного (или, как говорят, переизлученного) металлическим предметом (мишенью), см. [4], стр. 225-228. Отраженный сигнал возникает вследствие воздействия на мишень переменного магнитного поля передающей (излучающей) катушки ме-таллоискателя. Таким образом, прибор данного типа подразумевает наличие как минимум двух катушек, одна из которых является передающей, а другая, приемной.

Основная принципиальная проблема, которая решается в металлоискателях данного типа, заключается в таком выборе взаимного расположения катушек, при котором магнитное поле излучающей катушки в отсутствие посторонних металлических предметов наводит нулевой сигнал в приемной катушке (или в системе приемных катушек). Таким образом, необходимо предотвратить непосредственное воздействие излучающей катушки на приемную. Появление же вблизи катушек металлической мишени приведет к появлению сигнала в виде переменной электродвижущей силы (э.д.с.) в приемной катушке.

Поначалу может показаться, что в природе существуют всего два варианта взаимного расположения катушек, при котором не происходит непосредственной передачи сигнала из одной катушки в другую (см. рис. 1, а и б) — катушки с перпендикулярными и со скрещивающимися осями.

Рис. 1. Варианты взаимного расположения катушек датчика металлоискателя по принципу «передача-прием»

Более тщательное изучение проблемы показывает, что подобных различных систем датчиков металлоискате-лей может быть сколь угодно много. Но это — более сложные системы с количеством катушек больше двух, соответствующим образом включенных электрически. Например, на рис. 1, в изображена система из одной излучающей (в центре) и двух приемных катушек, включенных встречно по сигналу, наводимому излучающей катушкой. Таким образом, сигнал на выходе системы приемных катушек в идеале равен нулю, так как наводимые в катушках э.д.с. взаимно компенсируются.

Особый интерес представляют системы датчиков с компланарными катушками (т.е. расположенными в одной плоскости). Это объясняется тем, что с помощью металлоискателей обычно проводят поиск предметов, находящихся в земле, а приблизить датчик на минимальное расстояние к поверхности земли возможно только в том случае, если его катушки компланарны. Кроме того, такие датчики обычно компактны и хорошо вписываются в защитные корпуса типа «блина» или «летающей тарелки».

Основные варианты взаимного расположения компланарных катушек приведены на рис. 2, а и б. В схеме на рис. 2, а взаимное расположение катушек выбрано таким, чтобы суммарный поток вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную приемной катушкой, равнялся нулю. В схеме рис. 2, б одна из катушек (приемная) скручена в виде «восьмерки», так что суммарная э.д.с, наводимая на половинки витков приемной катушки, расположенные в одном крыле «восьмерки», компенсирует аналогичную суммарную э.д.с, наводимую в другом крыле «восьмерки». Возможны и другие разнообразные конструкции датчиков с компланарными катушками, например рис. 2, е.

Рис. 2. Компланарные варианты взаимного расположения катушек металлоискателя по принципу «передача-прием»

Приемная катушка расположена внутри излучающей. Наводимая в приемной катушке э.д.с. компенсируется специальным трансформаторным устройством, отбирающим часть сигнала излучающей катушки.

Металлоискатель на биениях

Название «металлоискатель на биениях» является отголоском терминологии, принятой в радиотехнике еще со времен первых супергетеродинных приемников. Биениями называется явление, наиболее заметно проявляющееся при сложении двух периодических сигналов с близкими частотами и приблизительно одинаковыми амплитудами и заключающееся в пульсации амплитуды суммарного сигнала. Частота пульсации равна разности частот двух складываемых сигналов. Пропустив такой пульсирующий сигнал через выпрямитель (детектор), можно выделить сигнал разностной частоты. Такая схемотехника долгое время была традиционной, однако в настоящее время она уже не используется ни в радиотехнике, ни в металлоискателях. И там, и там — на смену амплитудным детекторам пришли синхронные детекторы, но термин «на биениях» остался до сих пор.

Принцип действия металлоискателя на биениях очень прост и заключается в регистрации разности частот от двух генераторов, один из которых является стабильным по частоте, а другой содержит датчик — катушку индуктивности в своей частотозадающей цепи. Прибор настраивается таким образом, чтобы в отсутствие металла вблизи датчика частоты двух генераторов совпадали или были очень близки по значению. Наличие металла вблизи датчика приводит к изменению его параметров и, как следствие, к изменению частоты соответствующего генератора. Это изменение, как правило, очень мало, однако изменение разности частот двух генераторов уже существенно и может быть легко зарегистрировано.

Разность частот может регистрироваться самыми различными путями, начиная от простейшего, когда сигнал разностной частоты прослушивается на головные телефоны или через громкоговоритель, и кончая цифровыми способами измерения частоты. Чувствительность металлоискателя на биениях зависит, кроме всего прочего, от параметров преобразования изменения полного сопротивления датчика в частоту.

Обычно преобразование заключается в получении разностной частоты стабильного генератора и генератора с катушкой датчика в частотозадающей цепи. Поэтому, чем выше будут частоты этих генераторов, тем больше будет разность частот в отклик на появление металлической мишени вблизи датчика Регистрация небольших отклонений частоты представляет определенную сложность. Так, на слух можно уверенно зарегистрировать уход частоты тонального сигнала не менее 10 Гц. Визуально, по миганию светодио-да, можно зарегистрировать уход частоты не менее 1 Гц. Другими способами можно добиться регистрации и меньшей разности частот, однако, эта регистрация потребует значительного времени, что неприемлемо для металлоис-кателей, которые всегда работают в реальном масштабе времени.

Способ выделения небольшой по величине разности частот двух генераторов порождает существенную техническую проблему — захват фазы. Проблема заключается в том, что два генератора, настроенные на очень близкие частоты, имеют тенденцию к паразитной взаимной синхронизации. Эта синхронизация проявляется в том, что при попытке приблизить каким-либо путем разностную частоту двух генераторов к нулю, по достижению разностной частотой некоторого порога происходит скачкообразный переход к состоянию генераторов, когда их частоты совпадают. Генераторы становятся синхронизированными. Физически явление захвата фазы объясняется нелинейностями, неизбежно присутствующими в любом генераторе, и паразитным проникновением сигнала одного генератора в другой (по цепям питания, через паразитные емкости и т.д.). Как показывает практика, если не прибегать к специальным ухищрениям типа оптоэлектронной развязки генераторов, то реально получить для разностной частоты порог наступления паразитной синхронизации порядка 10-4 относительно частоты генераторов. Отсюда можно получить оценку для частоты, на которой должен работать ме-таллоискатель на биениях, для получения максимальной чувствительности 10… 100 кГц и выше.

Селективность по металлам на таких частотах, весьма далеких от оптимальной, проявляется очень слабо. Кроме того, по сдвигу частоты генератора определить фазу отраженного сигнала практически невозможно. Поэтому селективность у металлоискателя на биениях отсутствует.

Отклик прибора на металлический объект обратно пропорционален шестой степени расстояния. Он практически такой же, как и у металлоискателей по принципу «передача-прием». Однако дальность обнаружения приборов данного типа обычно намного хуже вследствие эффекта паразитной синхронизации.

Металлоискатель по принципу электронного частотомера

Развитие измерительной электронной техники, и особенно, со встроенными микропроцессорами, теперь позволяет по-другому взглянуть на металлоискатели, принцип действия которых основан на измерении ухода частоты измерительного колебательного контура. Современные технические средства позволяют реализовать компактный прибор, позволяющий в реальном масштабе времени оценивать с высокой точностью небольшие девиации частоты измерительного генератора. И хотя построенный по такому принципу электронный металлоискатель является несомненным родственником прибора «на биениях», он заслуживает выделения в отдельный класс приборов, которые можно назвать металлоискателями по принципу электронного частотомера. Приборы такого класса, помимо массы сервисных возможностей микропроцессорной реализации, обладают еще одним принципиальным отличием от простейших приборов «на биениях» — возможностью.оценки знака приращения частоты. Учитывая, что ферромагнитная мишень обычно приводит к понижению частоты «измерительного генератора, а мишень из металла-неферромагнетика — к повышению, получаем замечательную возможность селекции мишеней по типу металла. Кроме того, данный класс приборов практически не подвержен описанному выше эффекту паразитной синхронизации, так как частота измерительного генератора и частоты прочих вспомогательных сигналов (тактовая частота микропроцессора) очень сильно различаются. Это позволяет повысить чувствительность.

Положительной для практики стороной является простота конструкции датчика и электронной части металлоис-кателей на биениях и по принципу частотомера. Такой прибор может быть очень компактным. Им удобно пользоваться, когда что-либо уже обнаружено более чувствительным прибором. Если обнаруженный предмет небольшой и находится достаточно глубоко в земле, то он может «затеряться», переместиться в ходе раскопок. Чтобы по многу раз не «просматривать» громоздким чувствительным металлоискателем место раскопок, желательно на завершающей стадии контролировать их ход компактным прибором малого радиуса действия, которым можно более точно узнать местонахождение предмета.

Однокатушечный металлоискатель индукционного типа

Слово «индукционный» в названии металлоискателей данного типа полностью раскрывает принцип их работы, если вспомнить смысл слова «inductio» (лат.) — наведение. Прибор данного типа имеет в составе датчика одну катушку любой удобной формы, возбуждаемую переменным сигналом. Появление вблизи датчика металлического предмета вызывает появление отраженного (переизлученного сигнала), который «наводит» в катушке дополнительный сигнал -электрический. Остается этот дополнительный сигнал только выделить.

Металлоискатель индукционного типа получил право на жизнь, главным образом, из-за основного недостатка приборов по принципу «передача-прием» — сложности конструкции датчиков. Эта сложность приводит либо к высокой стоимости и трудоемкости изготовления датчика, либо к его недостаточной механической жесткости, что обусловливает появление ложных сигналов при движении и снижает чувствительность прибора.

Рис. 3. Структурная схема входного узла индукционного металлоискателя

Если задаться целью исключить у приборов по принципу «передача-прием» этот недостаток путем устранения самой его причины, то можно прийти к необычному выводу — излучающая и приемная катушки у металлоискателя должны быть объединены в одну! В самом деле, весьма нежелательные перемещения и изгибы одной катушки относительно другой в данном случае отсутствуют, так как катушка только одна и она одновременно и излучающая, и приемная. Налицо также предельная простота датчика. Платой за эти преимущества является необходимость выделения полезного отраженного сигнала на фоне значительно большего сигнала возбуждения излучающей/приемной катушки.

Выделить отраженный сигнал можно, если вычесть из электрического сигнала, присутствующего в катушке датчика, сигнал той же формы, частоты, фазы и амплитуды, что и сигнал в катушке при отсутствии металла вблизи. *Как это можно реализовать одним из способов, показано на рис. 3.

Генератор вырабатывает переменное напряжение синусоидальной формы с постоянной амплитудой и частотой. Преобразователь «напряжение-ток» (ПНТ) преобразует напряжение генератора Ur в ток Iг, который задается в колебательный контур датчика. Колебательный контур состоит из конденсатора С и катушки L датчика. Его резонансная частота равна частоте генератора. Коэффициент преобразования ПНТ выбирается таким, чтобы напряжение колебательного контура ид равнялось напряжению генератора Ur (в отсутствие металла вблизи датчика). Таким образом, на сумматоре происходит вычитание двух сигналов одинаковой амплитуды, а выходной сигнал — результат вычитания -равен нулю. При появлении металла вблизи датчика возникает отраженный сигнал (иными словами, меняются параметры катушки датчика), и это приводит к изменению напряжения колебательного контура 11д. На выходе появляется сигнал, отличный от нуля.

На рис. 3 приведен лишь простейший вариант одной из схем входной части металлоискателей рассматриваемого типа. Вместо ПНТ в данной схеме в принципе возможно использование токозадающего резистора. Могут быть использованы различные мостовые схемы для включения катушки датчика, сумматоры с различными коэффициентами передачи по инвертирующему и неинвертирующему входам, частичное включение колебательного контура и т.д.

В схеме на рис. 3 в качестве датчика используется колебательный контур. Это сделано для простоты, чтобы получить нулевой сдвиг фаз между сигналами Ur и 11д (контур настроен на резонанс). Можно отказаться от колебательного контура с необходимостью точной настройки его на резонанс и использовать в качестве нагрузки ПНТ только катушку датчика. Однако коэффициент передачи ПНТ для этого случая должен быть комплексным, чтобы скорректировать сдвиг фазы на 90°, возникающий из-за индуктивного характера нагрузки ПНТ.

Импульсный металлоискатель

В рассмотренных ранее типах электронных металлоискателей отраженный сигнал отделяется от излучаемого либо геометрически — за счет взаимного расположения приемной и излучающей катушки, либо с помощью специальных схем компенсации. Очевидно, что может существовать и временной способ разделения излучаемого и отраженного сигналов. Такой способ широко используется, например, в импульсной эхо- и радиолокации. При локации механизм задержки отраженного сигнала обусловлен значительным временем распространения сигнала до объекта и обратно.

Применительно к металлоискателям, таким механизмом может быть и явление самоиндукции в проводящем объекте. Как использовать это на практике? После воздействия импульса магнитной индукции в проводящем объекте возникает и некоторое время поддерживается (вследствие явления самоиндукции) затухающий импульс тока, обусловливающий задержанный по времени отраженный сигнал. Он и несет полезную информацию, его и надо регистрировать.

Таким образом, может быть предложена другая схема построения металлоискателя, принципиально отличающаяся от рассмотренных ранее по способу разделения сигналов. Такой металлоискатель получил название импульсного. Он состоит из генератора импульсов тока, приемной и излучающей катушек, которые могут быть совмещены в одну, устройства коммутации и блока обработки сигнала.

Генератор импульсов тока формирует короткие импульсы тока миллисекундного диапазона, поступающие в излучающую катушку, где они преобразуются в импульсы магнитной индукции. Так как излучающая катушка — нагрузка генератора импульсов — имеет ярко выраженный индуктивный характер, на фронтах импульсов у генератора возникают перегрузки в виде всплесков напряжения. Такие всплески могут достигать по амплитуде десятков-сотен (!) вольт, однако использование защитных ограничителей недопустимо, так как оно привело бы к затягиванию фронта импульса тока и магнитной индукции и, в конечном счете, к усложнению отделения отраженного сигнала.

Приемная и излучающая катушки могут располагаться друг относительно друга достаточно произвольно, так как прямое проникновение излучаемого сигнала в приемную катушку и действие на нее отраженного сигнала разнесены по времени. В принципе, одна катушка может выполнять роль как приемной, так и излучающей, однако в этом случае гораздо сложнее будет развязать высоковольтные выходные цепи генератора импульсов тока и чувствительные входные цепи.

Устройство коммутации призвано произвести упомянутое выше разделение излучаемого и отраженного сигналов. Оно блокирует входные цепи прибора на определенное время, которое определяется временем действия импульса тока в излучающей катушке, временем разрядки катушки и временем, в течение которого возможно появление коротких откликов прибора от массивных слабопрово-дящих объектов типа грунта. По истечении же этого времени устройство коммутации должно обеспечить передачу сигнала с приемной катушки на блок обработки сигнала.

Блок обработки сигнала предназначен для преобразования входного электрического сигнала в удобную для восприятия человеком форму. Он может быть сконструирован на основе решений, используемых в металлоискателях других типов. К недостаткам импульсных металлоискателей следует отнести сложность реализации на практике дискриминации объектов по типу металла, сложность аппаратуры генерации и коммутации импульсов тока и напряжения большой амплитуды, высокий уровень радиопомех.

Магнитометры

Магнитометрами называется обширная группа приборов, предназначенных для изменения параметров магнитного поля (например, модуля или составляющих вектора магнитной индукции). Использование магнитометров в качестве металлоискателей основано на явлении локального искажения естественного магнитного поля Земли ферромагнитными материалами, например железом. Обнаружив с помощью магнитометра отклонение от обычного для данной местности модуля или направления вектора магнитной индукции поля Земли, можно с уверенностью говорить о наличии некоторой магнитной неоднородности (аномалии), которая может быть вызвана железным предметом.

По сравнению с рассмотренными ранее металлоискателями, магнитометры имеют гораздо большую дальность обнаружения железных предметов. Очень впечатляет информация о том, что с помощью магнитометра можно зарегистрировать мелкие обувные гвозди от ботинка на расстоянии 1 м, а легковой автомобиль — на расстоянии 10 м! Такая большая дальность обнаружения объясняется следующим. Аналогом излучаемого поля обычных металлоискателей для магнитометров является однородное (в масштабах поиска) магнитное поле Земли. Поэтому отклик прибора на железный предмет обратно пропорционален не шестой, а всего лишь третьей степени расстояния.

Принципиальным недостатком магнитометров является невозможность обнаружения с их помощью предметов из цветных металлов. Кроме того, даже если нас интересует только железо, применение магнитометров для поиска затруднительно — в природе существует большое разнообразие естественных магнитных аномалий самого различного масштаба (отдельные минералы, залежи минералов и т.п.). Однако при поиске затонувших танков и кораблей такие приборы вне конкуренции!

Радиолокаторы

Общеизвестен факт, что с помощью современных радиолокаторов можно обнаружить самолет на расстоянии нескольких сотен километров. Возникает вопрос: неужели современная электроника не позволяет создать компактное устройство, позволяющее обнаруживать интересующее нас предметы хотя бы на расстоянии нескольких метров9 Ответом является ряд публикаций, в которых такие устройства описаны.

Типичным для них является применение достижений современной микроэлектроники СВЧ, компьютерной обработки полученного сигнала. Использование современных высоких технологий практически делает невозможным самостоятельное изготовление этих устройств. Кроме того, большие габаритные размеры пока не позволяют их широко применять в полевых условиях.

К преимуществам радиолокаторов следует отнести принципиально более высокую дальность обнаружения -отраженный сигнал в грубом приближении можно считать подчиняющимся законам геометрической оптики и его ослабление пропорционально не шестой и даже не третьей, а лишь второй степени расстояния.

Частотный диапазон МИ

Что такое диод — принцип работы и устройство

Диапазон рабочих частот современных металлодетекторов составляет от 1 кГц до 30 МГц.

Разбивка частотных параметров серийных МИ на основные диапазоны работы поисковых катушек с указанием принятых обозначений в зарубежной и российской классификации

Диапазон рабочих частот	Англ. обозначение	Русск. обозначение
От 3 кГц до30 кГц	VLF — Very Low Frequency	СНЧ – сверхнизкие частоты
От 30 кГц до 300 кГц	LF — Low Frequency	НЧ – низкие частоты
От 300 кГц до 3 МГц	MF — Medium Frequency	СЧ – средние частоты
От 3 МГц до 30 МГц	HF — High Frequency	ВЧ – высокие частоты

В практике поисковых работ с использованием МИ рабочие частоты первичного сигнала подбирают следующим образом:

1. Низкочастотные радиоволны более чувствительны, по сравнению с ВЧ-излучением к мишеням из металлов, обладающих высокой электрической проводимостью (золото, серебро, медь и их сплавы). НЧ-сигналы глубоко проникают в землю, поэтому глубинные МИ, способные выявлять металлические предметы на глубине до 4 метров, работают на частотах в пределах 2,5-6,6 кГц. При этом чувствительность прибора к мелким мишеням снижается.
2. Высокочастотные радиоволны имеют повышенную чувствительность к металлическим целям с низкой электропроводностью, изготовленным из алюминия, никеля и т.п., однако проникающая способность ВЧ-излучения в почву довольно низкая. Зато высокие частоты способны обнаруживать мелкие мишени размерами до 1 мм.
3. Излучение среднечастотного интервала представляет собой своеобразный компромисс между vlf (СВЧ) и hf (ВЧ) сигналами и считается подходящим для поиска находок любого типа.

Как настроить металлоискатель

Настройка металлодетектора — вещь тонкая. Она зависит от типа цели, модели детектора и многих сопутствующих факторов. Невозможно дать одну определенную формулу. Оператор подбирает настройки индивидуально, практикуясь и экспериментируя. Однако общие принципы все же существуют:

1. Чувствительность — чем выше задан параметр, тем глубже устройство может обнаружить мишень. Однако с повышением этого показателя возрастает уровень помех, поэтому задавать максимум не рекомендуется. Если поиск проводится на замусоренной территории, несколько близлежащих целей смазывают сигнал и затрудняют поиск. В таких случаях новичкам рекомендуется снизить порог чувствительности. Тогда прибор не будет реагировать на близко расположенные предметы, что позволит более точно локализовать цель поиска.
2. Дискриминация — очень важный показатель. От успешности его настройки напрямую зависит результат работы. Современные приборы имеют запрограммированные режимы и интуитивно понятный интерфейс. Необходимо выбрать необходимый режим, исходя из модели устройства. Однако следует обратить внимание, что точность работы дискриминатора на больших глубинах снижается. Поэтому для новичка лучше пользоваться режимом «Все металлы». Это позволит не пропустить ценную находку.

Остальные настройки зависят от конкретной модели металлодетектора. Среди них встречаются баланс грунта, целеуказание, звуковой сигнал. Наиболее важной из них является балансировка грунта, однако она чаще всего настраивается автоматически. Остальные показатели настраиваются согласно инструкции и возможностей конкретного металлодетектора.

Базовая комплектация МИ

Практически все модификации серийных и самодельных металлодетекторов состоят из функционально однотипных элементов. На рис. ниже приведена конструкция типового МИ с указанием основных деталей и модульных блоков.

Блокинг генератор: принцип работы

В состав МИ входят следующие элементы:

1. Поисковая катушка, выполняющая функции радиопередатчика и приемника отраженных сигналов. Конструктивно катушка поисковая представляет собой пластиковый корпус (в большинстве моделей МИ – круглой или эллиптической конфигурации), внутри которого размещены витки многожильного провода. В целях герметизации после укладки проводов внутренняя полость корпуса заливается компаундом.

Важно! Принято считать, что поисковые катушки МИ не ремонтируются, поскольку процедура вскрытия монолитного корпуса для ремонта и обратной заливки – довольно трудоемкий процесс. Чаще всего при выходе катушки МИ из строя ее просто заменяют на новую.

1. Нижняя штанга, предназначенная для:

• регулировки угла наклона катушки поисковой в целях обеспечения более точного исследования местности;
• жесткой фиксации катушки после корректировки ее пространственного положения.

1. Средняя штанга, используемая для соединения верхней и нижней штанги. Средней штанге приданы функции регулировки длины МИ при подгонке под рост оператора.
2. Верхняя штанга, на которой размещается блок управления. Наиболее удобными для пользования считаются изделия с S-образной верхней штангой, дополнительно оснащенные:

• подлокотником, используемым для упора локтя оператора;
• рукояткой, обеспечивающей удобный захват и удержание МИ в процессе поисковых работ.

1. Блок управления, обрабатывающий информацию, получаемую от поисковой катушки, и выдающий оператору-пользователю результаты обработки в виде звуковых сигналов и цифровых данных на дисплее. Используется для:

• визуального и акустического контроля поискового процесса;
• управления работой аппаратуры МИ;
• настройки рабочих режимов аппаратуры.

На рис. ниже показаны блок управления отдельно и металлоискатель в комплекте с этим блоком.

Как пользоваться металлоискателем

Фото с сайта www.garrett-shop.ru

Правильно выбранный и настроенный металлодетектор — только половина дела. Для успешной работы необходимо научится ним правильно пользоваться.Во время работы лучше не спешить. Разделите площадь поиска на зоны и плавно ведите улавливатель как можно ближе к земле, двигая его вправо и влево. Обнаружив цель, детектор подает звуковой сигнал. Если он четкий, значит обнаружен небольшой предмет в виде монеты, а если прерывистый — вы нашли предмет неправильной формы. С опытом придет умение определять по звуку размер находки и глубину ее залегания.Услышав звуковой сигнал, необходимо посмотреть на экран прибора. Перемещение указателя вправо позволяет классифицировать тип найденного металла. Если взять центр за 0, то перемещение стрелки к 8-12 указывает на золото, 26-28 — на медь.

В заключение можно сказать, что при поиске ценностей, металлодетектор является всего лишь вспомогательным прибором. Успешность работы больше зависит от умений и везения самого пользователя. Если вы твердо хотите стать профессиональным кладоискателем, пробуйте, набирайтесь опыта, и, возможно, однажды отыщите настоящий клад.

Модификации МИ

Принцип работы электродвигателя

Конструкции современных металлоискателей зависят от методик построения схемотехники поискового аппарата. В соответствии с применяемым методом построения схемы выделяют следующие модификации металлодетекторов:

1. Импульсные МИ, называемые также PI-металлоискателями (от англ. pulse induction – импульсная индукция). Принцип работы импульсного устройства заключается в подаче на катушку поисковой головки импульсных сигналов, которые создают электромагнитное поле, пульсирующее с определенной частотой. Включенное поле наводит вихревые токи на поверхности обнаруженного объекта. Сразу после выключения индуцирующего поля эти токи затухают, но не мгновенно, а в течение короткого временного промежутка, создавая затухающий сигнал, который улавливается катушкой. Анализ параметров затухающего магнитного «эха» позволяет судить о наличии или отсутствии металлических предметов.
2. Балансные МИ, по зарубежной классификации – TR-металлоискатели (от transmitter-reciver – передатчик-приемник), работающие по методу индукционного баланса. Головка прибора оснащена двумя катушками, тщательно сбалансированными до нулевого значения взаимной индукции. Анализируемыми параметрами являются:

• амплитуда принятого сигнала;
• сдвиг фазы между отправленным и полученным сигналами.

Дополнительная информация. TR-методика в чистом виде практически не встречается из-за сложностей с балансировкой системы катушек. В основном она применяется в сочетании с другими методами, из которых наиболее распространенным является метод VLF/TR.

1. VLF/TR – металлоискатели, схема которых работает на низких рабочих частотах.
2. RF-металлоискатели (от radio frequency – радиочастота), работающие в высокочастотном волновом диапазоне с перпендикулярно расположенными относительно друг друга передающей и приемной катушками.
3. BFO-металлоискатели, называемые также генераторными металлодетекторами. Схема прибора строится по методу биений. В процессе работы измеряется частота LC-генератора, включающего поисковую катушку. Показания сравниваются с эталонными частотными параметрами, после чего полученную разностную частоту биений выводят на акустическую индикацию (динамик).

На рис. ниже показан грунтовый МИ с VLF-схемой, использующей катушку типа DD (DoubleD).

Металлоискатель на биениях

Принцип работы металлоискателя на биениях основывается на совокупности разности частот, исходящих от двух генераторов. Один из этих генераторов имеет стабильную частоту, а в систему второго входит датчик, представляющий собой катушку индуктивности. Если металлические предметы не располагаются вблизи металлоискателя, значения частот генераторов в приборе практически совпадают. Наличие же металла возле датчика приводит к резкому изменению частоты генератора.

Регистрация разности частот может происходить самыми различными путями. Простейшим способом является прослушивание сигнала с помощью головных телефонов или громкоговорителя. Также часто используются цифровые способы измерения колебания частот.

Достоинства и недостатки металлоискателей

Любая модификация МИ имеет свои достоинства и недостатки, характерные для примененной методики построения схемы аппаратуры. Типовые достоинства и недостатки вышерассмотренных методов:

• PI-металлоискатели эффективны для выявления металлов в засоленных грунтах и морской воде, однако плохо распознают цели и весьма энергозатратны;
• TR-металлоискатели обладают высокой чувствительностью и хорошо различают разные типы металлов, однако при нарастании глубины чувствительность на мелкие мишени утрачивается;
• VLF/TR – металлоискатели способны отличать цветные металлы от черных, у них высокая разрешающая способность, однако достаточно сложная схемотехника затрудняет настройку прибора до нужного качества работы;
• RF-металлоискатели достаточно универсальны при их использовании в качестве глубинных МИ. Они не «отвлекаются» на мелкий металлический мусор, могут обнаруживать трубы и даже рудные жилы на глубине 5-6 метров. Недостаток – отсутствие чувствительности к мелким целям на малой глубине;
• BFO-металлоискатели отличаются сравнительно простой конструкцией, для поисковой катушки не требуется прецизионного исполнения. Из минусов применения – низкая чувствительность, нестабильная работа на минерализованных грунтах и во влажной почве.

Прибор в домашних условиях

Каждому человеку вполне под силу изготовить простейший металлоискатель. При этом схема простого металлоискателя изготовленного своими руками состоит из: радиоретрансляторного приемника, микрокалькулятора, обычной коробки с крышкой (из картона, пластика). Для соединения отдельных элементов схемы используется 2-хсторонняя клейкая лента.

Этот детектор относится к разряду импульсных. Принцип работы заключается в определении разворота направления ЭМ поля при избыточном излучении.

Порядок изготовления, настройки, использования:

• развернуть коробку. На тыльные стороны калькулятора и радиоприемника наклеить 2-х сторонний скотч, закрепить элементы в коробке. Приемник желательно на крышке;
• включить радиоприемник на средних волнах определяется участок свободный от радиостанций, с минимальным уровнем шумов;
• включить микрокалькулятор, в результате усилится шум приемника;
• при отсутствии тона производится плавная подстройка регулятором поиска;
• коробка складывается до пропадания фона или его уменьшения. Подручными материалами крышка фиксируется в данном положении.

При приближении к искомым предметам устройство начнет резонировать, шумы усилятся.

Что находят любители металлопоиска

Земляной грунт выступает своеобразным консервантом, в котором старые вещи сохраняются достаточно долго. Поисковое занятие позволяет не только отдохнуть душой на природе, но и подзаработать на реализации найденного в толще земли или под водой металла. При помощи МИ поисковикам удается находить клады, ценные вещи и военные бронзовые артефакты, золотые ювелирные украшения и цветной металлолом, монеты времен Древней Руси и старинные нательные крестики XVI-XVIII вв. Известны случаи обнаружения золотых самородков и железных метеоритов. Использование МИ в любительских изысканиях предполагает определенные ограничения, не допускающие целенаправленных поисков на территориях памятников археологического наследия либо повреждений культурного слоя.

Важно! Предметы, обладающие исторической ценностью, старинные украшения, оружие, найденные в местах боевых действий, и археологические раритеты подлежат сдаче в госорганы. Не следует превращать хобби в криминальный бизнес.

На рис. ниже показана монетка, обнаруженная при помощи МИ.

Что такое конвейерный металлодетектор?

Конвейерный металлодетектор предназначен для обнаружения в контролируемой продукции посторонних включений из черных или цветных металлов и сплавов. Это стационарное устройство на устойчивых колесах. Оно в автоматическом режиме сканирует объекты на движущейся конвейерной ленте. При обнаружении металлических предметов или частиц у металлодетектора срабатывает звуковая и световая индикация с остановкой конвейера. Дальнейшие действия зависят от комплектации: либо металлодетектор будет ожидать ручной повторный запуск после удаления отбракованного продукта оператором, либо металлодетектор отбраковывает загрязнённую продукцию самостоятельно, перемещая ее в специальный контейнер без прерывания работы.

Основные элементы конвейерного металлодетектора

С определенной долей уверенности можно утверждать, что посторонние предметы в процессе производства могут попадать в любую продукцию. И дело тут не в недостатках технологических процессов. Причин может быть две: периодически случающиеся поломки оборудования и человеческий фактор. В результате в изготавливаемую продукцию могут попасть фрагменты или части производственного оборудования (гайки, болты, пружины и прочее), а также посторонние предметы, внесенные работниками (скрепки, кнопки, заколки, монеты, пуговицы и прочее).

Подобные металлические изделия могут находится как в сырье, так и в конечном продукте. Наибольшую опасность они представляют, попадая в продукты питания. Поэтому пищевая промышленность – основной потенциальный потребитель конвейерных металлодетекторов.

Зачем нужен конвейерный металлодетектор?

Можно выделить несколько причин:

1. Контроль качества поступающего сырья. Конвейерные металлодетекторы повышают скорость реагирования предприятия. Они позволяют своевременно выполнить отбраковку несоответствующего сырья и прекратить сотрудничество с недобросовестными поставщиками.
2. Контроль качества конечного продукта. От этого зависит не только имидж предприятия, но и здоровье потребителей.
3. Защита связанного с металлодетектором оборудования. Обнаружение металлических предметов или включений на ранних стадиях технологического цикла дает возможность избежать поломок оборудования и финансовых затрат на его ремонт. Это касается миксеров, тестомесов, тестораскаточных машин – оборудования, которое могут повредить посторонние металлические предметы.
4. Соответствие международным стандартам качества – НАССР, ISO 22000:2005. Эти документы требуют коренного изменения подходов к контролю качества продукции. При этом во главу угла ставятся интересы потребителя. Наличие сертификата соответствия НАССР или ISO 22000:2005 улучшает имидж предприятия и повышает степень доверия со стороны потребителей.

Что такое НАССР и ISO 22000:2005

01.07.2013 на территории России вступил в силу Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Этот документ требует от производителей пищевой продукции разработки, внедрения и поддержания процедур, основанных на принципах НАССР.

НАССР, от английского Hazard Analysis and Critical Control Point, в переводе означает «Анализ рисков и критические контрольные точки». Эта система представляет собой совокупность разработанных документов, организационной структуры, ресурсов и производственных процессов. Ее внедрение означает, что предприятие полностью выполняет требования ТР ТС 021/2011. Наличие сертификата позволяет наносить на упаковку знак соответствия НАССР, который информирует покупателей о безопасности продукции.

ISO 22000:2005 «Системы менеджмента в области безопасности продовольствия и пищевой продукции» тоже содержит требования НАССР, но является более расширенным документом. Он больше ориентирован на предприятия, поставляющие свою продукцию на рынки Европы.

Простой металлоискатель своими руками

Сборку простого МИ можно выполнить собственноручно, воспользовавшись доступными радиодеталями выпуска советских времен. На рис. ниже показана структура схемы МИ генераторного типа, построенной по методике биений (BFO-металлоискатель).

Схема строится из пяти основных модулей:

• задающего генератора, создающего эталонную частоту;
• поискового генератора, частота которого изменяется при обнаружении металлической мишени;
• низкочастотного усилителя, увеличивающего разность сигнала генераторов;
• звуковоспроизводящего устройства (динамика);
• источника питания.

На страницах Интернета можно найти десятки схем полноценных металлодетекторов, для сборки которых пригодятся резисторы, конденсаторы и транзисторы, которые производились еще в советские времена.

Эксперты уверяют, что на руках у населения России имеется не менее двух миллионов МИ, позволяющих вести активный металлопоиск. Наряду с самоделками, имеющими ограниченную сферу деятельности, поисковиками, используются изделия ведущих мировых брендов. На рис. ниже показан металлоискатель модели Garrett AT MAX, считающийся одним из лидеров продаж 2022 года в своем классе. Изделие относится к категории подводных и грунтовых МИ, работает на частоте 13,6 кГц и способно распознавать даже под водой на глубине 3 метров мелкие монеты разного диаметра.

Металлоискатель с электронным частотомером

Принцип работы такого металлоискателя основывается на оценке электронным частотомером частоты измерительного генератора, когда сам датчик еще находится вдали от мишени. Полученное значение «запоминается» регистром. После чего, в процессе поиска интересующих объектов, электронный частотомер занимается беспрерывным измерением частоты принимающего генератора. Из полученных данных вычитается показатель эталонной частоты, а результат выводится на экран индикации.

Схема метал детектора с электронным частотометром

Рейтинг аппаратов и их цена

После поисков в интернет-пространстве следует вывод, что пользователи предпочитают перечисленные ниже устройства.

Рейтинг профессиональных металлоискателей для поиска монет, вторичного золота и утраченных драгоценностей мы составили из лучших и самых мощных моделей по их цене.

Стоимость указана приблизительная:

• Xpdeus (1400$);
• Fisher f75 ltd (1000$);
• Minelab Safari (1000$);
• Teknetics t2 ltd (1000$);
• Minelab x-terra 705 (750$);
• Ака сорекс 7281 pro (750$);
• Garrett at pro (750$);
• Aka berkut-5 (600$).

Очень важно уметь пользоваться техникой и знать, как выбрать подходящее оборудование, так как даже профессионал с дешёвым металлоискателем, понимающий как работает это устройство, найдёт больше, чем «чайник» с профессиональным инструментом, даже если искать они будут на одном пляже.

Таким образом, далеко не всегда количество находок зависит от того, сколько стоит аппарат-искатель.

Особенности конструкции и принцип действия

Металлодетектор работает через катушку поиска, прикрепленную к нижней части устройства, передающей электромагнитное поле (ЭМП) в грунт. Поле находит металлические детали и возбуждает в них передачу собственного ЭМП, которое принимается катушкой машины, отправляющей пользователю предупреждение о принятом сигнале.

Металлоискатель содержит катушку с проволокой, известную как передатчик. Когда ток течет через нее, вокруг создается магнитное поле. Когда пользователь наводит детектор на землю, он заставляет его также двигаться. Если оно перемещается над металлическим объектом, движущееся ЭМП изменяет способ движения электронов, то есть металлоискатель создает или «индуцирует» некоторую электрическую активность в металле. Таким образом, ЭМП, исходящее от детектора, вызывает появление другого ЭМП вокруг металла.

Это второе магнитное поле вокруг металла, как раз и обнаруживает детектор. У металлоискателя есть вторая катушка провода — катушка приемника, который связан с громкоговорителем. Таким образом, когда детектор находит металлический предмет, электричество через приемную катушку включится сигнал, который будет в виде потрескивания или зуммера. Чем ближе перемещается передатчик к металлу, тем сильнее ЭМП, создаваемое в ней катушкой передатчика, тем сильнее ЭМП, создаваемое металлом в катушке приемника, тем больше тока, который течет в громкоговорителе, и тем громче сигнал.

Георадары

Принцип действия данного устройства сопоставим с принципом металлоискателя – в среду запускается сигнал, который, отражённый от разделов сред, возвращается назад и обрабатывается компьютером.

При выборе между георадаром и металлоискателем стоит понимать цель всей процедуры поиска и понять, что для обнаружения утерянных драгоценностей вполне хватит обычного металлоискателя.

А георадар подойдёт для определения ещё и геофизических данных исследуемой среды на большую глубину, нежели металлоискатель, и поможет найти скорее золотую руду, нежели золотые цепи и кольца.

Схема глубинного металлоискателя

Глубинные металлодетекторы используют для поиска металлов на больших глубинах. Но стоит отметить, что стоят они недешево и поэтому вполне возможно его собрать его своими руками. Но перед тем, как приступить к его изготовлению надо понять как работает типовая схема.

Схема глубинного металлоискателя

Схема глубинного металлоискателя не самая простая и существует несколько вариантов его исполнения. Перед его сборкой необходимо подготовить следующий набор деталей и элементов:

• конденсаторы разного типа – пленочные, керамические и пр.;
• резисторы разного номинала;
• полупроводники – транзисторы и диоды.

Номинальные параметры, количество зависят от выбранной принципиальной схемы прибора. Для сборки приведенных элементов потребуется паяльник, набор инструмента (отвертка, плоскогубцы, кусачки пр.), материал для изготовления платы.

Процесс сборки глубинного металлодетектора

Процесс сборки глубинного металлодетектора выглядит примерно следующим образом. Сначала собирают блок управления, основу которого составляет печатная плата. Ее изготавливают из текстолита. Затем схему сборки переносят непосредственно на поверхность готовой платы. После того, как рисунок перенесен, плату необходимо протравить. Для этого применяют раствор, в который входят перекись водорода, соль, электролит.

После того, как выполнено травление платы, в ней необходимо выполнить отверстия для установки компонентов схемы. После того, как выполнено лужение платы. Наступает самый важный этап. Установка и пайка своими руками деталей на подготовленную плату.

Для намотки катушки своими руками применяют провод марки ПЭВ с диаметром 0,5 мм. Количество витков и диаметр катушки зависят от выбранной схемы глубинного металлоискателя.